韓國科學技術院 (KAIST) 的研究人員在無陽極鋰金屬電池方面取得了重大突破。這些電池被視為電動車、無人機及先進能源儲存系統的有前景的進化。儘管它們的能量密度遠超過傳統鋰離子電池，但有限的使用壽命一直阻礙著商業化的進程。現在，由化學與生物分子工程系的李振宇教授和沈甲任教授領導的KAIST團隊，已克服了廣泛應用的一個主要障礙。團隊專注於改變電極表面，而不是反覆調整電解液的配方，最終研發出具有顯著延長電池壽命的無陽極鋰金屬電池。
無陽極鋰金屬電池在開發過程中面臨的最大問題是界面不穩定性。這是指電解液與電極之間的化學和機械不穩定性。KAIST團隊通過在電極上應用一層極薄的人工聚合物涂層（僅 15 奈米厚）來克服這一問題。這一創新在新發表於《Joule》期刊的論文中詳細說明，顯著提升了電池的耐用性。無陽極鋰金屬電池的設計簡化，僅使用銅電流收集器作為陽極，取代傳統的石墨或鋰金屬。這一配置相比標準鋰離子電池提供了 30–50% 的能量密度增益，降低了生產成本，並簡化了製造過程。
然而，在第一次充電周期中，鋰會直接沉積在銅上，迅速耗盡電解液並形成不穩定的固態電解質界面 (SEI)。這導致性能迅速下降，並縮短了無陽極鋰金屬電池的使用壽命。KAIST團隊在研究中避免了電解液的修改，而是重新設計了銅電流收集器的表面。他們利用啟動化學氣相沉積 (iCVD) 方法，沉積了一層均勻的超薄聚合物薄膜。這一涂層能夠控制電解液的相互作用，指導鋰離子的運動，並限制不必要的電解液分解。
在傳統電池中，電解液溶劑會分解，產生柔軟且脆弱的有機 SEI 層，導致不均勻的鋰沉積和尖銳的樹枝狀結構形成。團隊的新聚合物層能抵抗與電解液溶劑的混合，並促進鹽陰離子的分解。這樣可以生成堅固的無機豐富 SEI，減少過量的電解液損失和不受控的 SEI 增厚。通過操作拉曼光譜學和分子動力學模擬等技術，研究人員揭示了這一涂層如何在運行過程中在電極附近創造富含陰離子的區域，促進強健的無機 SEI。
值得注意的是，這一解決方案僅涉及添加一層薄保護膜，而不改變電解液，確保與當前生產線的良好對接，並且低增加成本。iCVD 方法支持可擴展的連續滾筒處理，非常適合商業規模的生產。正如李振宇教授在新聞聲明中所指出的，除了開發新材料外，這項研究的意義在於提出了一種設計原則，顯示如何通過電極表面工程來控制電解液反應和界面穩定性。這項技術可以加速無陽極鋰金屬電池在電動車和能源儲存系統等下一代高能量電池市場的商業化進程。
